RU2278327C1

RU2278327C1 - Burner

Info

Publication number: RU2278327C1
Application number: RU2005114327/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Семенович Тверской (RU); Владимир Семенович Тверской; Алексей Владимирович Тверской (RU); Алексей Владимирович Тверской
Original assignee: Ооо "Плазариум"
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-06-20
Also published as: WO2006121369A1

Abstract

FIELD: combustion.

SUBSTANCE: burner comprises flange made of connecting pipe and provided with a baffle with central opening that receives tubular electrode to define heating member composed of evaporator and steam heater separated with a baffle. The evaporator mounted in the vessel is provided with grooves for discharging steam to the collector from the ring recess on the surface of the steam heater mounted outside of the vessel and capillary-porous shell. The dielectric pipe is mounted for permitting centering of the swirler, tubular electrode, and dielectric pipe and projects outside of the face of the tubular electrode. The stroke screw is arranged along the axis of the rod electrode in the face and is made for defining a space together with the face ring bearing surface that cooperates with the return spring and radial slot along the stroke screw. The stroke nut is secured to the stroke screw via the thread. The central opening is made in the ring bearing surfaces by means of one of which the stroke nut cooperates with the bearing collar of the slide and by the other one it mates the bearing collar of the push button clamped between the bearing surfaces of the stroke nut for permitting the axial reciprocation.

EFFECT: simplified structure and enhanced performance.

5 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции горелки, предназначенной для термической обработки поверхности материалов, в частности для выжигания краски на металлических бочках.The invention relates to the design of a burner designed for heat treatment of the surface of materials, in particular for burning paint on metal barrels.

Известна горелка, содержащая размещенные соосно в корпусе трубчатый электрод, насадку с осевым сквозным отверстием, съемный стержневой электрод, расположенный в стержневом электрододержателе коаксиально внутри трубчатого электрода и с зазором относительно него и насадки с обеспечением возможности образования разрядной камеры и с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения, диэлектрическую трубку, установленную на электрододержателе, средство контактного возбуждения электрической дуги между насадкой и стержневым электродом, выполненное в виде разрывного электрического контакта, включающее механизм осевого перемещения стержневого электрода, имеющий ходовой винт, ходовую гайку, возвратную пружину, ползун и кнопку, средство для парообразования и подачи в разрядную камеру плазмообразующей среды в виде пара жидкого рабочего тела, включающее резервуар в виде тонкостенной оболочки с торцевой стенкой, фланцем и патрубком для подачи жидкого рабочего тела, соосно соединенный с корпусом и заполненный влаговпитывающим материалом с возможностью контакта влаговпитывающего материала с трубчатым электродом и с возможностью сообщения резервуара с разрядной камерой, средство вихревой стабилизации электрической дуги, средство охлаждения насадки и стержневого электрода, средство центрирования стержневого электрода относительно сквозного отверстия насадки, токоподводы для электрического подсоединения терминалов независимого источника электрического тока и размещенные в защитном кожухе (Евразийский патент №001829, 27.08.2001 - аналог и прототип).Known is a burner containing a tubular electrode placed coaxially in the housing, a nozzle with an axial through hole, a removable rod electrode located in the rod electrode holder coaxially inside the tubular electrode and with a gap relative to it and the nozzle, allowing the formation of a discharge chamber and with the possibility of axial reciprocating movement , a dielectric tube mounted on the electrode holder, means for contact excitation of an electric arc between the nozzle and the rod an electrode made in the form of a discontinuous electrical contact, including a mechanism for axial movement of the rod electrode, having a spindle, a spindle nut, a return spring, a slider and a button, means for vaporizing and supplying a plasma-forming medium in the form of a vapor of a working fluid to the discharge chamber, including a reservoir in in the form of a thin-walled shell with an end wall, a flange and a nozzle for supplying a liquid working fluid, coaxially connected to the housing and filled with moisture-absorbing material with the possibility of contact lag-absorbing material with a tubular electrode and with the possibility of communicating the reservoir with the discharge chamber, means of vortex stabilization of the electric arc, means of cooling the nozzle and the rod electrode, means of centering the rod electrode relative to the nozzle through hole, current leads for electrical connection of the terminals of an independent electric current source and placed in a protective casing (Eurasian patent No. 001829, 08.27.2001 - analogue and prototype).

Недостатками известной горелки являются:The disadvantages of the known burner are:

- ухудшение со временем транспортных возможностей пористого влаговпитывающего материала по обеспечению подсоса жидкого рабочего тела в зону испарения,- the deterioration over time of the transport capabilities of the porous moisture-absorbing material to ensure the suction of a liquid working fluid in the evaporation zone,

- ухудшение интенсивности теплообмена в зоне испарения при увеличении теплового потока из-за высокого термического сопротивления нагревательного элемента в зоне испарения вследствие оттеснения жидкого рабочего тела от греющей поверхности нагревательного элемента.- deterioration in the heat transfer intensity in the evaporation zone with increasing heat flow due to the high thermal resistance of the heating element in the evaporation zone due to the displacement of the liquid working fluid from the heating surface of the heating element.

В ней паровая пленка находится внутри каркаса пористой структуры влаговпитывающего материала, что затрудняет отвод пара, вызывает разрушение структуры влаговпитывающего материала, нарушение контакта нагревательного элемента с влаговпитывающим материалом и появление зазора между ними, вследствие чего становится возможным попадание в разрядную камеру двухфазной парокапельной смеси.In it, the vapor film is located inside the frame of the porous structure of the moisture-absorbing material, which makes it difficult to remove steam, causes the structure of the moisture-absorbing material to break, the contact of the heating element with the moisture-absorbing material to break, and a gap will appear between them, as a result of which a two-phase vapor-droplet mixture can get into the discharge chamber.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение эксплуатационных качеств горелки за счет осуществления рекуперации больших тепловых потоков высокой плотности теплоподвода с малым термическим сопротивлением.The technical result of the invention is to simplify the design and improve the performance of the burner due to the recovery of large heat fluxes of high density heat supply with low thermal resistance.

Достигается это тем, что торцевая стенка выполнена с уплотненным центральным отверстием, фланец выполнен в виде штуцера и снабжен перегородкой с центральным отверстием, в котором помещен трубчатый электрод с возможностью образования нагревательного элемента, состоящего из испарителя и пароперегревателя, отделенных перегородкой, испаритель, расположенный в резервуаре, имеет длину в пределах 1,8÷3,0 от его наружного диаметра и снабжен на его поверхности пазами для отвода пара в коллектор из кольцевой проточки на поверхности пароперегревателя, расположенного вне резервуара, и капиллярно-пористой оболочкой из материала с высокой теплопроводностью, расположенной с возможностью контакта одной стороной с поверхностью испарителя и другой стороной - с влаговпитывающим материалом с низкой теплопроводностью, корпус выполнен в виде втулки, один из концов которой имеет резьбу для присоединения к фланцу, с возможностью поджатия насадки и трубчатого электрода к перегородке, средство вихревой стабилизации электрической дуги выполнено в виде завихрителя, являющегося частью пароперегревателя, примыкающей к насадке, и содержит выполненные в завихрителе тангенциальные каналы, расположенные в двух плоскостях, перпендикулярных оси, расстояние между которыми составляет 0,5÷1,3 от максимального значения диаметра внутренней полости разрядной камеры, в завихрителе и пароперегревателе по обе стороны от места их соединения выполнены расточки по внутреннему диаметру, диэлектрическая трубка выполнена с внутренней цилиндрической поверхностью и внешней одноступенчатой цилиндрической поверхностью с образованием цилиндрического выступа и установлена с возможностью совместного центрирования завихрителя, трубчатого электрода и диэлектрической трубки по цилиндрическому выступу и выступает в резервуаре за торец трубчатого электрода, по меньшей мере, на длину, равную 0,5 от ее наружного диаметра, торец диэлектрической трубки, обращенный к отверстию насадки, расположен с образованием торца разрядной камеры, которая выполнена конфузорной с длиной в пределах 0,5÷1,8 от максимального значения диаметра ее внутренней полости, ходовой винт установлен неподвижно вдоль оси стержневого электрода в торцевой стенке и выполнен с центральным односторонним одноступенчатым цилиндрическим отверстием, с образованием полости с торцевой кольцевой опорной поверхностью, взаимодействующей с возвратной пружиной, и с радиальной прорезью вдоль оси ходового винта, причем длина прорези соответствует величине возвратно-поступательного перемещения стержневого электрода, подпружиненный ползун выполнен в виде цилиндра с радиальным отверстием и размещен в полости ходового винта с опорой одним из торцов на возвратную пружину и с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения, ограниченного токоподводом в виде штыря, расположенного в радиальном отверстии ползуна с возможностью фиксации и размещенного в прорези ходового винта, другой торец ползуна выполнен с опорным буртиком и выступает из полости ходового винта, ходовая гайка соединена при помощи резьбы с ходовым винтом и выполнена с центральным односторонним двухступенчатым отверстием с образованием кольцевых опорных поверхностей, одной из которых ходовая гайка взаимодействует с опорным буртиком ползуна, а другой сопряжена с опорным буртиком кнопки, защемленным между опорными поверхностями ходовой гайки с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения, ползун соединен с электрододержателем, выполненным со стороны соединения со стержневым электродом диаметром в пределах 1,01÷1,25 от диаметра стержневого электрода и с развитой поверхностью теплообмена на длине, по меньшей мере, между торцом диэлектрической трубки в резервуаре и торцевой стенкой, с обеспечением возможности центрирования по цилиндрической поверхности полости ходового винта и внутренней цилиндрической поверхности диэлектрической трубки, при этом диаметр стержневого электрода составляет 0,27÷0,83 от максимального значение диаметра внутренней полости разрядной камеры, поперечный размер резервуара в зоне испарителя составляет 1,7÷3,2 от наружного диаметра испарителя, длина резервуара выбрана в пределах 1,5÷3,5 от длины испарителя, а отношение суммарной площади поперечного сечения пазов на поверхности испарителя к суммарной площади проходных сечений тангенциальных каналов составляет 0,7÷1,5.This is achieved by the fact that the end wall is made with a sealed central hole, the flange is made in the form of a fitting and is equipped with a partition with a central hole in which a tubular electrode is placed with the possibility of forming a heating element consisting of an evaporator and a superheater separated by a partition, an evaporator located in the tank has a length within 1.8 ÷ 3.0 of its outer diameter and is provided with grooves on its surface for the removal of steam into the collector from the annular groove on the surface of the superheat a body located outside the tank and a capillary-porous shell made of a material with high thermal conductivity located with the possibility of contact by one side with the surface of the evaporator and the other side with moisture-absorbing material with low thermal conductivity, the housing is made in the form of a sleeve, one of whose ends has a thread for attached to the flange, with the possibility of pressing the nozzle and the tubular electrode to the partition, the vortex stabilization means of the electric arc are made in the form of a swirler, which is part of the steam a reheater adjacent to the nozzle and contains tangential channels made in the swirler, located in two planes perpendicular to the axis, the distance between which is 0.5 ÷ 1.3 of the maximum diameter of the internal cavity of the discharge chamber, in the swirl and superheater on both sides of places of their connection are made by bores along the inner diameter, the dielectric tube is made with an inner cylindrical surface and an external single-stage cylindrical surface with the formation of cylindrical protrusion and installed with the possibility of joint centering of the swirler, the tubular electrode and the dielectric tube along the cylindrical protrusion and protrudes in the reservoir beyond the end of the tubular electrode, at least 0.5 times its outer diameter, the end of the dielectric tube facing the hole nozzles, located with the formation of the end of the discharge chamber, which is made confuser with a length within 0.5 ÷ 1.8 of the maximum value of the diameter of its internal cavity, the lead screw is fixed motionlessly the axis of the rod electrode in the end wall and is made with a central one-sided single-stage cylindrical hole, with the formation of a cavity with an end ring supporting surface interacting with the return spring, and with a radial slot along the axis of the screw, and the length of the slot corresponds to the value of the reciprocating movement of the rod electrode, the spring-loaded slider is made in the form of a cylinder with a radial hole and is placed in the cavity of the spindle with the support of one of the ends on the return a rug and with the possibility of axial reciprocation, limited by a current supply in the form of a pin located in the radial hole of the slider with the possibility of fixation and placed in the slot of the screw, the other end of the slide is made with a supporting collar and protrudes from the cavity of the screw, the screw nut is connected using threads with a lead screw and is made with a central one-sided two-stage hole with the formation of annular supporting surfaces, one of which the running nut interacts with the support a slider flange, and the other is coupled to a button support collar pinched between the supporting surfaces of the travel nut with the possibility of axial reciprocating movement, the slider is connected to an electrode holder made from the side of the connection with the rod electrode with a diameter within the range of 1.01 ÷ 1.25 from the diameter rod electrode and with a developed heat exchange surface along the length of at least between the end face of the dielectric tube in the tank and the end wall, with the possibility of centering along the cylindrical the surface of the cavity of the lead screw and the inner cylindrical surface of the dielectric tube, while the diameter of the rod electrode is 0.27 ÷ 0.83 of the maximum diameter of the internal cavity of the discharge chamber, the transverse size of the tank in the evaporator zone is 1.7 ÷ 3.2 from the outer the diameter of the evaporator, the length of the tank is selected within 1.5 ÷ 3.5 of the length of the evaporator, and the ratio of the total cross-sectional area of the grooves on the surface of the evaporator to the total area of the passage sections of the tangential channels It is 0.7 ÷ 1.5.

Также достигается это тем, что пазы для отвода пара выполнены с шириной в пределах 0,3÷0,6 мм глубиной 0,3÷0,5 мм, и шириной ребра выступа в пределах a/h=0,6÷0,7.This is also achieved by the fact that the grooves for the removal of steam are made with a width within 0.3 ÷ 0.6 mm, a depth of 0.3 ÷ 0.5 mm, and a width of the protrusion rib within a / h = 0.6 ÷ 0.7 .

Также достигается это тем, что толщина стенки трубчатого электрода на участке испарителя выполнена в пределах 0,5÷2 мм.This is also achieved by the fact that the wall thickness of the tubular electrode in the evaporator section is made within 0.5 ÷ 2 mm.

Также достигается это тем, что капиллярно-пористая оболочка из материала с высокой теплопроводностью выполнена с объемной пористостью 0,7÷0,8, со средним размером пор 20÷100 мкм и толщиной 0,8÷2 мм.This is also achieved by the fact that the capillary-porous shell of a material with high thermal conductivity is made with a bulk porosity of 0.7 ÷ 0.8, with an average pore size of 20 ÷ 100 μm and a thickness of 0.8 ÷ 2 mm.

Также достигается это тем, что влаговпитывающий материал с низкой теплопроводностью выполнен с объемной пористостью в пределах 0,6÷0,9, со средним размером пор 20÷50 мкм. Сущность изобретения поясняется чертежами, где наThis is also achieved by the fact that the moisture-absorbing material with low thermal conductivity is made with bulk porosity in the range of 0.6 ÷ 0.9, with an average pore size of 20 ÷ 50 microns. The invention is illustrated by drawings, where

Фиг.1 изображена горелка в сборе, в разрезе,Figure 1 shows the burner assembly, in section,

Фиг.2 - нагревательный элемент в сборе, в разрезе,Figure 2 - heating element Assembly, in section,

Фиг.3 - то же, сечение А-А,Figure 3 is the same, section aa,

Фиг.4 - то же, узел Б,Figure 4 - the same, node B,

Фиг.5 - завихритель,Figure 5 - swirl,

Фиг.6 - то же, сечения В-В, Г-Г (совмещенные),6 is the same, section bb, gg (combined),

Фиг.7 - ходовой винт,Fig.7 - lead screw,

Фиг.8 - то же, сечение Д-Д,Fig is the same, section DD,

Фиг.9 - ходовая гайка,Fig.9 - running nut,

Фиг.10 - то же, узел Е,Figure 10 is the same, node E,

Фиг.11 - кнопка.11 is a button.

Горелка содержит размещенные соосно в корпусе 1 трубчатый электрод 2, насадку 3 с осевым сквозным отверстием 4, съемный стержневой электрод 5, расположенный в стержневом электрододержателе 6 коаксиально внутри трубчатого электрода 2 и с зазором относительно него и насадки 3 с обеспечением возможности образования разрядной камеры 7 и с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения.The burner comprises a tubular electrode 2 arranged coaxially in the housing 1, a nozzle 3 with an axial through hole 4, a removable rod electrode 5 located in the rod electrode holder 6 coaxially inside the tube electrode 2 and with a gap relative to it and the nozzle 3, allowing the formation of a discharge chamber 7 and with the possibility of axial reciprocating movement.

Горелка содержит диэлектрическую трубку 8, установленную на электрододержателе 6, средство контактного возбуждения электрической дуги между насадкой 3 и стержневым электродом 5, выполненное в виде разрывного электрического контакта, включающее механизм осевого перемещения стержневого электрода 5, имеющий ходовой винт 9, ходовую гайку 10, возвратную пружину 11, ползун 12 и кнопку 13.The burner contains a dielectric tube 8 mounted on the electrode holder 6, means for contact excitation of the electric arc between the nozzle 3 and the rod electrode 5, made in the form of a discontinuous electrical contact, including an axial movement mechanism of the rod electrode 5, having a spindle 9, a spindle nut 10, a return spring 11, slider 12 and button 13.

Горелка содержит средство для парообразования и подачи в разрядную камеру плазмообразующей среды в виде пара жидкого рабочего тела, включающее резервуар 14 в виде тонкостенной оболочки 15 с торцевой стенкой 16, фланцем 17 и патрубком 18 для подачи жидкого рабочего тела, соосно соединенный с корпусом 1 и заполненный влаговпитывающим материалом 19 с возможностью контакта влаговпитывающего материала 19 с трубчатым электродом 2 и с возможностью сообщения резервуара 14 с разрядной камерой 7.The burner contains a means for vaporization and feeding into the discharge chamber of a plasma-forming medium in the form of a liquid working fluid pair, including a reservoir 14 in the form of a thin-walled shell 15 with an end wall 16, a flange 17 and a pipe 18 for supplying a liquid working fluid, coaxially connected to the housing 1 and filled moisture-absorbing material 19 with the possibility of contact of the moisture-absorbing material 19 with the tubular electrode 2 and with the possibility of communication of the reservoir 14 with the discharge chamber 7.

Горелка содержит средство вихревой стабилизации электрической дуги, средство охлаждения насадки 3 и стержневого электрода 5, средство центрирования стержневого электрода 5 относительно сквозного отверстия 4 насадки 3, токоподводы 20, 21 для электрического подсоединения терминалов независимого источника электрического тока и защитный кожух 22.The burner contains a means of vortex stabilization of the electric arc, means for cooling the nozzle 3 and the rod electrode 5, means for centering the rod electrode 5 relative to the through hole 4 of the nozzle 3, current leads 20, 21 for electrical connection of the terminals of an independent electric current source and a protective casing 22.

Торцевая стенка 16 выполнена с уплотненным центральным отверстием, а фланец 17 выполнен в виде штуцера и снабжен перегородкой 23 с центральным отверстием, в котором помещен трубчатый электрод 2 с возможностью образования нагревательного элемента, состоящего из испарителя 24 и пароперегревателя 25, отделенных перегородкой 23.The end wall 16 is made with a sealed central hole, and the flange 17 is made in the form of a fitting and is provided with a partition 23 with a central hole in which the tubular electrode 2 is placed with the possibility of forming a heating element consisting of an evaporator 24 and a superheater 25 separated by a partition 23.

Испаритель 24, расположенный в резервуаре 14, имеет длину L в пределах 1,8÷3,0 от его наружного диаметра D и снабжен на его поверхности пазами 26 для отвода пара в коллектор 27 из кольцевой проточки на поверхности пароперегревателя 25, расположенного вне резервуара 14, и капиллярно-пористой оболочкой 28 из материала с высокой теплопроводностью, расположенной с возможностью контакта одной стороной с поверхностью испарителя 24 и другой стороной - с влаговпитывающим материалом 19 с низкой теплопроводностью.The evaporator 24, located in the tank 14, has a length L in the range of 1.8 ÷ 3.0 from its outer diameter D and is provided with grooves 26 on its surface for removing steam into the collector 27 from the annular groove on the surface of the superheater 25 located outside the tank 14 and a capillary-porous shell 28 of a material with high thermal conductivity located with the possibility of contact on one side with the surface of the evaporator 24 and the other side with moisture-absorbing material 19 with low thermal conductivity.

Корпус 1 выполнен в виде втулки, один из концов которой имеет резьбу для присоединения к фланцу 17, с возможностью поджатия насадки 3 и трубчатого электрода 2 к перегородке 23.The housing 1 is made in the form of a sleeve, one of the ends of which has a thread for connection to the flange 17, with the possibility of preloading the nozzle 3 and the tubular electrode 2 to the partition 23.

Средство вихревой стабилизации электрической дуги выполнено в виде завихрителя 29, являющегося частью пароперегревателя 25, примыкающей к насадке 3, и содержит выполненные в завихрителе 29 тангенциальные каналы 30, расположенные в двух плоскостях, перпендикулярных оси, расстояние L1 между которыми составляет 0,5÷1,3 от максимального значения диаметра D1 внутренней полости разрядной камеры 7. В завихрителе 29 и пароперегревателе 25 по обе стороны от места их соединения выполнены расточки 31, 32 по вутреннему диаметру.The means of vortex stabilization of the electric arc are made in the form of a swirler 29, which is part of a superheater 25 adjacent to the nozzle 3, and contains tangential channels 30 arranged in the swirl 29 located in two planes perpendicular to the axis, the distance L1 between which is 0.5 ÷ 1, 3 from the maximum value of the diameter D1 of the inner cavity of the discharge chamber 7. In the swirl 29 and superheater 25, bores 31, 32 along the inner diameter are made on both sides of the junction.

Диэлектрическая трубка 8 выполнена с внутренней цилиндрической поверхностью и внешней одноступенчатой цилиндрической поверхностью с образованием цилиндрического выступа 33 и установлена с возможностью совместного центрирования завихрителя 29, трубчатого электрода 2 и диэлектрической трубки 8 по цилиндрическому выступу 33 и выступает в резервуаре 14 за торец трубчатого электрода 2, по меньшей мере, на длину, равную 0,5 от ее наружного диаметра. Торец диэлектрической трубки 8, обращенный к отверстию 4 насадки 3, расположен с образованием торца разрядной камеры 7, которая выполнена конфузорной с длиной в пределах 0,5÷1,8 от максимального значения диаметра ее внутренней полости.The dielectric tube 8 is made with an inner cylindrical surface and an external one-stage cylindrical surface with the formation of a cylindrical protrusion 33 and is installed with the possibility of joint centering of the swirler 29, the tubular electrode 2 and the dielectric tube 8 along the cylindrical protrusion 33 and protrudes beyond the end of the tubular electrode 2, along at least a length equal to 0.5 of its outer diameter. The end face of the dielectric tube 8, facing the hole 4 of the nozzle 3, is located with the formation of the end of the discharge chamber 7, which is made confuser with a length within 0.5 ÷ 1.8 of the maximum diameter of its inner cavity.

Ходовой винт 9 установлен неподвижно вдоль оси стержневого электрода 5 в торцевой стенке 16 и выполнен с центральным односторонним одноступенчатым цилиндрическим отверстием с образованием полости с торцевой кольцевой опорной поверхностью 34, взаимодействующей с возвратной пружиной 11, и с радиальной прорезью 35 вдоль оси ходового винта 9. Причем длина прорези 35 соответствует величине возвратно-поступательного перемещения стержневого электрода 5.The lead screw 9 is fixedly mounted along the axis of the rod electrode 5 in the end wall 16 and is made with a central one-sided single-stage cylindrical hole with the formation of a cavity with an end ring supporting surface 34 interacting with the return spring 11, and with a radial slot 35 along the axis of the lead screw 9. Moreover the length of the slot 35 corresponds to the magnitude of the reciprocating movement of the rod electrode 5.

Подпружиненный ползун 12 выполнен в виде цилиндра с радиальным отверстием и размещен в полости ходового винта 9 с опорой одним из торцов на возвратную пружину 11 и возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения, ограниченного токоподводом 20 в виде штыря, расположенного в радиальном отверстии ползуна 12 с возможностью фиксации и размещенного в прорези 35 ходового винта 9. Другой торец ползуна 12 выполнен с опорным буртиком 36 и выступает из полости ходового винта 9.The spring-loaded slider 12 is made in the form of a cylinder with a radial hole and is placed in the cavity of the spindle 9 with one of the ends resting on the return spring 11 and the possibility of axial reciprocating movement limited by the current lead 20 in the form of a pin located in the radial hole of the slider 12 with the possibility of fixing and placed in the slot 35 of the lead screw 9. The other end of the slider 12 is made with a supporting shoulder 36 and protrudes from the cavity of the lead screw 9.

Ходовая гайка 10 соединена при помощи резьбы с ходовым винтом 9 и выполнена с центральным односторонним двухступенчатым отверстием с образованием кольцевых опорных поверхностей 37,38, одной из которых (37) ходовая гайка 10 взаимодействует с опорным буртиком 36 ползуна 12, а другой (38) сопряжена с опорным буртиком 39 кнопки 13, защемленным между опорными поверхностями 37, 38 ходовой гайки 10 с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения.The lead nut 10 is threadedly connected to the lead screw 9 and is made with a central one-sided two-stage hole to form annular bearing surfaces 37.38, one of which (37) the lead nut 10 interacts with the support shoulder 36 of the slide 12, and the other (38) is mated with a supporting flange 39 of the button 13, pinched between the supporting surfaces 37, 38 of the travel nut 10 with the possibility of axial reciprocating movement.

Ползун 12 соединен с электрододержателем 6, выполненным со стороны соединения со стержневым электродом 5 диаметром в пределах 1,01÷1,25 от диаметра стержневого электрода 5 и с развитой поверхностью теплообмена 40 на длине, по меньшей мере, между торцом диэлектрической трубки 8 в резервуаре 14 и торцевой стенкой 16, с обеспечением возможности центрирования по цилиндрической поверхности 41 полости ходового винта 9 и внутренней цилиндрической поверхности 42 диэлектрической трубки 8.The slider 12 is connected to the electrode holder 6, made from the side of connection with the rod electrode 5 with a diameter within 1.01 ÷ 1.25 of the diameter of the rod electrode 5 and with a developed heat exchange surface 40 along the length at least between the end face of the dielectric tube 8 in the tank 14 and the end wall 16, with the possibility of centering on the cylindrical surface 41 of the cavity of the lead screw 9 and the inner cylindrical surface 42 of the dielectric tube 8.

Диаметр стержневого электрода 5 составляет 0,27÷0,83 от максимального значение диаметра внутренней полости разрядной камеры 7, поперечный размер резервуара 14 в зоне испарителя 24 составляет 1,7÷3,2 от наружного диаметра D испарителя 24, длина резервуара 14 выбрана в пределах 1,5÷3,5 от длины L испарителя 24, а отношение суммарной площади поперечного сечения пазов 26 на поверхности испарителя 24 к суммарной площади проходных сечений тангенциальных каналов 30 составляет 0,7÷1,5.The diameter of the rod electrode 5 is 0.27 ÷ 0.83 of the maximum diameter of the internal cavity of the discharge chamber 7, the transverse size of the tank 14 in the zone of the evaporator 24 is 1.7 ÷ 3.2 of the outer diameter D of the evaporator 24, the length of the tank 14 is selected in within 1.5 ÷ 3.5 of the length L of the evaporator 24, and the ratio of the total cross-sectional area of the grooves 26 on the surface of the evaporator 24 to the total passage area of the tangential channels 30 is 0.7 ÷ 1.5.

Пазы 26 для отвода пара выполнены с шириной в пределах 0,3÷0,6 мм, глубиной 0,3÷0,5 мм и шириной ребра выступа в пределах a/h=0,6÷0,7.The grooves 26 for the removal of steam are made with a width in the range of 0.3 ÷ 0.6 mm, a depth of 0.3 ÷ 0.5 mm and a width of the rib of the protrusion in the range a / h = 0.6 ÷ 0.7.

Толщина стенки трубчатого электрода 2 на участке испарителя 24 выполнена в пределах 0,5÷2 мм.The wall thickness of the tubular electrode 2 in the area of the evaporator 24 is made in the range of 0.5 ÷ 2 mm

Капиллярно-пористая оболочка 28 из материала с высокой теплопроводностью выполнена с объемной пористостью 0,7÷0,8, со средним размером пор 20÷100 мкм и толщиной 0,8÷2 мм. Влаговпитывающий материал 19 с низкой теплопроводностью выполнен с объемной пористостью в пределах 0,6÷0,9, со средним размером пор 20-50 мкм.The capillary-porous shell 28 of a material with high thermal conductivity is made with a bulk porosity of 0.7 ÷ 0.8, with an average pore size of 20 ÷ 100 μm and a thickness of 0.8 ÷ 2 mm. Moisture-absorbing material 19 with low thermal conductivity is made with bulk porosity in the range of 0.6 ÷ 0.9, with an average pore size of 20-50 microns.

Горелка содержит также вставку 43 из термоэмиссионного материала (гафний, цирконий), размещенную в электроде 5, пробку 44, размещенную в патрубке 18, и уплотнение 45 центрального отверстия фланца 16.The burner also contains an insert 43 of thermionic material (hafnium, zirconium) placed in the electrode 5, a plug 44, located in the pipe 18, and a seal 45 of the Central hole of the flange 16.

Функционирует горелка следующим образом.The burner operates as follows.

1) Обработка поверхности материалов сжатой дугой косвенного действия (плазменной струей).1) Surface treatment of materials with a compressed arc of indirect action (plasma jet).

Через патрубок 18 подают жидкое рабочее тело, пропитывая влаговпитывающий материал 19 в резервуаре 14 и заполняя им каналы, сообщающие резервуар с разрядной камерой, до появления капли жидкого рабочего тела из сквозного отверстия 4 насадки 3. Патрубок 18 закрывают пробкой 44. Включают независимый источник электрического тока и подают напряжение на стержневой электрод 5 относительно насадки 3. Нажатием кнопки 13 сообщают возвратно-поступательное перемещение стержневому электроду 5 и кратковременно приближают торец стержневого электрода 5 к насадке 3 вплоть до положения взаимного контакта, затем отпускают кнопку 13, и возвратная пружина 11 отводит стержневой электрод 5 от насадки 3 в исходное положение, создавая зазор, позволяющий жидкому рабочему телу протекать через сквозное отверстие 4 насадки 3. При разрыве электрического контакта стержневого электрода 5 и насадки 3 между ними возбуждается электрическая дуга. Энергия, выделяемая на насадке 3, при протекании электрического тока через дугу разогревает ее, и тепло через трубчатый электрод 2 передается жидкому рабочему телу. Жидкое рабочее тело превращается в пар, используемый в качестве плазмообразующей среды, создавая избыточное давление, под действием которого пар проходит по каналам, сообщающим резервуар с разрядной камерой, сжимает столб электрической дуги и выходит через сквозное отверстие 4 насадки 3 с образованием плазменной струи. Влаговпитывающий материал 19 обеспечивает равномерную подпитку жидким рабочим телом участка испарителя 24 нагревательного элемента и соответственно равномерное во времени испарение жидкого рабочего тела. Оптимальный зазор между стержневым электродом 5 и насадкой 3 выставляют путем вращения (навинчивая или отвинчивая) ходовой гайки 10, перемещая при этом ползун 12, связанный с электрододержателем 6. Для изменения электрически мощности, выделяемой в электрической дуге, изменяют выходной ток источника электрического тока.A liquid working fluid is supplied through the pipe 18, impregnating the moisture-absorbing material 19 in the tank 14 and filling it with channels communicating with the discharge chamber until a drop of the liquid working medium appears from the through hole 4 of the nozzle 3. The pipe 18 is closed with a plug 44. An independent electric current source is turned on. and apply voltage to the rod electrode 5 relative to the nozzle 3. By pressing the button 13, the reciprocating movement of the rod electrode 5 is reported and the end of the rod electrode 5 is shortly brought closer to us 3 until the position of mutual contact, then release the button 13, and the return spring 11 moves the rod electrode 5 from the nozzle 3 to its original position, creating a gap that allows the liquid working fluid to flow through the through hole 4 of the nozzle 3. When the electrical contact of the rod electrode 5 breaks and nozzles 3 between them an electric arc is excited. The energy released on the nozzle 3, when an electric current flows through the arc, heats it, and heat is transferred through the tubular electrode 2 to the liquid working fluid. The liquid working fluid turns into steam, used as a plasma-forming medium, creating excess pressure, under the influence of which steam passes through the channels communicating with the discharge chamber, compresses the electric arc column and exits through the through hole 4 of nozzle 3 with the formation of a plasma jet. The moisture-absorbing material 19 provides uniform feeding of the portion of the evaporator 24 of the heating element by the liquid working fluid and, accordingly, the time-uniform evaporation of the liquid working fluid. The optimal gap between the rod electrode 5 and the nozzle 3 is set by rotating (screwing or unscrewing) the travel nut 10, while moving the slider 12 connected to the electrode holder 6. To change the electric power released in the electric arc, the output current of the electric current source is changed.

2) Обработка поверхности материалов сжатой дугой прямого действия (выносной электрической дугой, совмещенной с плазменной струей).2) Surface treatment of materials with a compressed arc of direct action (external electric arc combined with a plasma jet).

Выполняют все операции, необходимые для обработки поверхности материалов сжатой дугой косвенного действия. Далее подают напряжение и создают разность потенциалов между стержневым электродом 5 и обрабатываемым металлом. Затем уменьшают расстояние между насадкой 3 и обрабатываемым металлом до возникновения прямой (выносной) электрической дуги между стержневым электродом и обрабатываемым металлом.Perform all the operations necessary for surface treatment of materials with a compressed arc of indirect action. Then a voltage is applied and a potential difference is created between the rod electrode 5 and the metal being processed. Then reduce the distance between the nozzle 3 and the metal being processed until a direct (remote) electric arc arises between the rod electrode and the metal being processed.

Таким образом, горелка, выполненная в соответствии с предложенными техническими решениями, обеспечивает наилучшие показатели эксплуатации и функционирования.Thus, the burner, made in accordance with the proposed technical solutions, provides the best performance and operation.

При проведении испытаний горелки, выполненной в соответствии с изобретением, получено устойчивое возуждение и горение электрической дуги с надежным охлаждением элементов конструкции в диапазоне токов в дуге 4÷16 А и напряжении на дуге в пределах 80÷200 В. Горелка устойчиво работает в любом пространственном положении.When testing a burner made in accordance with the invention, stable excitation and burning of an electric arc with reliable cooling of structural elements in the range of currents in an arc of 4 ÷ 16 A and voltage on the arc within 80 ÷ 200 V were obtained. The burner works stably in any spatial position .

Испытания показали, что горелка надежно функционирует при использовании в качестве жидкого рабочего тела дистиллированной воды, водного раствора пероксида водорода, а также смесей и эмульсий жидкого углеродсодержащего топлива и водного раствора пероксида водорода.Tests have shown that the burner functions reliably when using distilled water, an aqueous solution of hydrogen peroxide, and mixtures and emulsions of liquid carbon-containing fuel and an aqueous solution of hydrogen peroxide as a liquid working fluid.

Промышленная применимость.Industrial applicability.

Изобретение может быть использовано при изготовлении горелок для обработки поверхности материалов плазменной струей или выносной электрической дугой, совмещенной с плазменной струей, а также для концентрации тепла при нагреве, резке, пайке и сварке металлов в ремонтных мастерских и машиностроении при монтаже металлоконструкций.The invention can be used in the manufacture of burners for surface treatment of materials with a plasma jet or an external electric arc combined with a plasma jet, as well as for heat concentration during heating, cutting, soldering and welding of metals in repair shops and mechanical engineering during the installation of metal structures.

Claims

1. A burner containing a tubular electrode placed coaxially in the housing, a nozzle with an axial through hole, a removable rod electrode located in the rod electrode holder coaxially inside the tubular electrode and with a gap relative to it and the nozzle, allowing the formation of a discharge chamber and with the possibility of axial reciprocating movement, a dielectric tube mounted on the electrode holder, means for contact excitation of an electric arc between the nozzle and the rod electrode Ohm, made in the form of a discontinuous electrical contact, including a mechanism for axial movement of the rod electrode, having a spindle, a spindle nut, a return spring, a slider and a button, means for vaporizing and supplying a plasma-forming medium in the form of a vapor of a working fluid to the discharge chamber, including a reservoir in in the form of a thin-walled shell with an end wall, a flange and a nozzle for supplying a liquid working fluid, coaxially connected to the housing and filled with moisture-absorbing material with the possibility of moisture contact of melting material with a tubular electrode and with the possibility of communicating the reservoir with the discharge chamber, means of vortex stabilization of the electric arc, means of cooling the nozzle and the rod electrode, means of centering the rod electrode relative to the nozzle through hole, current leads for the electrical connection of the terminals of an independent electric current source and a protective casing, characterized the fact that the end wall is made with a sealed central hole, the flange is made in the form of a fitting and provided with wives a partition with a central hole in which a tubular electrode is placed with the possibility of forming a heating element consisting of an evaporator and a superheater separated by a partition, the evaporator located in the tank has a length of 1.8-3.0 from its outer diameter and is equipped with its surface with grooves for the removal of steam into the collector from the annular groove on the surface of the superheater located outside the tank, and a capillary-porous shell made of a material with high thermal conductivity, located the possibility of contacting one side with the surface of the evaporator and the other side with moisture-absorbing material with low thermal conductivity, the housing is made in the form of a sleeve, one of the ends of which has a thread for connection to the flange, with the possibility of pressing the nozzle and tubular electrode to the partition, the vortex stabilization method of the electric arc is made in the form of a swirler, which is part of a superheater adjacent to the nozzle, and contains tangential channels made in the swirl, located in two, perpendicular planar axes, the distance between which is 0.5-1.3 from the maximum value of the diameter of the internal cavity of the discharge chamber, in the swirler and superheater on both sides of the junction they are made bores on the inner diameter, the dielectric tube is made with an inner cylindrical surface and an outer a single-stage cylindrical surface with the formation of a cylindrical protrusion, installed with the possibility of joint centering of the swirler, tubular electrode and dielectric tube and along the cylindrical protrusion and protrudes in the tank beyond the end of the tubular electrode, at least 0.5 times its outer diameter, the end of the dielectric tube facing the nozzle opening is located to form the end of the discharge chamber, which is made confuser with a length within 0.5-1.8 of the maximum diameter of its inner cavity, the lead screw is mounted motionless along the axis of the rod electrode in the end wall and is made with a central single-stage cylindrical hole, with the formation cavity with an end annular supporting surface interacting with the return spring, and with a radial slot along the axis of the screw, and the length of the slot corresponds to the size of the reciprocating movement of the rod electrode, the spring-loaded slider is made in the form of a cylinder with a radial hole and placed in the cavity of the screw with support one of the ends to the return spring and with the possibility of axial reciprocating movement limited by the current supply in the form of a pin located radially from the slider version with the possibility of fixing and placed in the slot of the lead screw, the other end of the slide is made with a support shoulder and protrudes from the cavity of the lead screw, the lead nut is connected by a thread to the lead screw, its central hole is made stepwise with the formation of annular supporting surfaces, one of which the running nut interacts with the supporting shoulder of the slider, and the other is coupled with the supporting shoulder of the button, pinched between the supporting surfaces of the running nut with the possibility of axial reciprocating sensory movement, the slider is connected to the electrode holder made from the side of the connection with the rod electrode with a diameter in the range of 1.01-1.25 of the diameter of the rod electrode and with a developed heat exchange surface at least between the end of the dielectric tube in the tank and the end wall , with the possibility of centering on the inner cylindrical surface of the screw and the inner cylindrical surface of the dielectric tube, while the diameter of the rod electrode is 0.27-0.83 from the maximum value of the diameter of the internal cavity of the discharge chamber, the transverse size of the tank in the zone of the evaporator is 1.7-3.2 of the outer diameter of the evaporator, the length of the tank is selected within 1.5-3.5 of the length of the evaporator, and the ratio of the total cross-sectional area of the grooves for the removal of steam on the surface of the evaporator to the total passage area of the tangential channels of the swirler is 0.7-1.5.

2. The burner according to claim 1, characterized in that the grooves for the removal of steam are made with a width in the range of 0.3-0.6 mm and a depth of 0.3-0.5 mm.

3. The burner according to claim 1, characterized in that the wall thickness of the tubular electrode in the area of the evaporator is made in the range of 0.5-2 mm

4. The burner according to claim 1, characterized in that the capillary-porous shell of a material with high thermal conductivity is made with bulk porosity of 0.7-0.8, with an average pore size of 20-100 microns and a thickness of 0.8-2 mm.

5. The burner according to claim 1, characterized in that the moisture-absorbing material with low thermal conductivity is made with bulk porosity in the range of 0.6-0.9, with an average pore size of 20-50 microns.